MAtlab实现OFDM信道编码，调制，信道估计

clear all; close all; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % OFDMA下行链路仿真程序框架 % 变量命名原则: % 1) 开头大写,表示常量或可调全局变量,控制程序流程 % 2) 小写加下划线,表示临时变量,传递数据 % 变量使用原则: % 1) 不同用户的临时变量数据封装在cell结构体元素中,这是因为其数据长度可能不同 % 2) 频域矩阵,不同列表示时间(OFDM符号),不同行表示子载波,矩阵第三维表示不同天线的数据 % 3) 时域矩阵,不同列表示时间的样点, 如有不同行则表示时延(如时域信道响应矩阵), 第三维同样表示天线 % 4) 部分常量或可调全局变量,用struct结构体归类 % 函数命名和使用原则: % 1) 小写加下划线命名 % 2) 部分函数可以根据输入变量个数实现函数功能重载 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 一. 初始化部分 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 1.程序复杂度控制单元, 用结构体TurnOn, 和一些全局参数控制, % 目的是针对特定需求, 降低运行复杂度, 使之在学术科研中发挥较大作用 % 打开相应模块功能---1,关闭相应模块功能---0 % 如关闭信道估计和补偿模块, 使用理想信道估计 ChannelEst = 1; TurnOn = struct('ChannelEst',ChannelEst); TurnOn.TimeDomainEq = 0; % 使用收发天线数进行控制, 开关多天线模块(包括空时编码和多天线信道). % 单天线多径信道,其功率时延谱, 多普勒频移等参数由结构体ch确定. % 多天线多径信道,同一用户的不同收发天线假设功率时延谱相同, % 发送天线数, 可选1,2和4. 发送天线为1则没有空时编码 N_Tx_ant = 1; % 接收天线数, 可选1,2和4. N_Rx_ant = 1; % 如果关闭自适应调制模块,则无自适应调制,多用户使用固定子载波分配 % 如果只需要一个用户, 把系统参数定义单元变量N_user设置为1即可 TurnOn.AdptMod = 0; % 用户数目 N_user = 1; % 如关闭包检测和帧定时同步模块, 定时位置准确 TurnOn.Timing = 1; % 如关闭频率同步模块, 载波频率偏差为 0 Hz, 不使用频偏纠正算法 TurnOn.FreqSyn = 1; % 导频相位跟踪, 样值同步和相位噪声模块的开关 TurnOn.PhaseTrace = 0; %TurnOn.SamplingSyn = 0; %TurnOn.PhaseNoise = 0; % 关闭信道编码模块,统计的BER,PER性能为无编码 TurnOn.ChannelCoding = 0; % 建议: 不同重点的研究,使用不同的程序结构,关闭认为次要的模块. % 如要评估系统总的性能,则可以打开所有模块 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 2 参数定义单元 ParaDef = 0 ; % 0---自定义参数 % 1---使用本实验室设计的B3G下行链路系统参数 % 2---使用802.11a系统参数 if ParaDef == 1 set_B3G_para; elseif ParaDef == 2 set_11a_para; elseif ParaDef == 0 % 用户自定义 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 2.1 OFDMA收发机系统参数定义单元 % 命名规律: N_xxx: xxx的数目,为非负整数 % T_xxx: xxx的持续时间,为非负实数 % Idx_xxx: xxx的编号,为整数向量 % 一些约定俗成的表示, 如fc载频, Bw信道带宽等 % 1) 当TurnOn.AdptMod = 0 时表示所有子载波用调制方式:(不使用信道编码时) % 1--BPSK调制, 2--QPSK调制,3--8PSK调制, 4--16QAM调制,6--64QAM调制 % 2) 当TurnOn.AdptMod = 1 时表示自适应调制,平均每个子载波上调制的比特数 % 此时最大只能设置为4, 否则调制器无法处理 Modulation = 2; N_sym = 10; % 每帧中OFDM符号数,不包括两个前缀OFDM符号 N_frame = 10; % 仿真的帧个数 % 仿真循环开始的Eb_No,定义为每比特的能量Eb % 和噪声的单边功率谱密度No的比值, dB值 Eb_NoStart = 0; Eb_NoInterval = 2; % 仿真Eb/No的间隔值(dB) Eb_NoEnd = 20; % 仿真Eb/No的终止值(dB) fc = 5e9; % 载波频率(Hz) Bw = 20e6; % 基带系统带宽(Hz) fs = 20e6; % 基带抽样频率 T_sample = 1/fs; % 基带时域样点间隔(s) N_subc = 1024; % OFDM 子载波总数 Idx_used = [-400:-1 1:400]; % 使用的子载波编号 Idx_pilot = [-400:25:-25 25:25:400]; % 导频子载波编号 % N_subc = 512; % OFDM 子载波总数 % Idx_used = [-200:-1 1:200]; % 使用的子载波编号 % Idx_pilot = [-200:25:-25 25:25:200]; % 导频子载波编号 % 802.11a的基本参数 % N_subc = 64; % OFDM 子载波总数 % Idx_used = [-26:-1 1:26]; % 使用的子载波编号 % Idx_pilot = [-21:14:-7 7:14:21]; % 导频子载波编号 N_used = length(Idx_used); % 使用的子载波数 N_pilot = length(Idx_pilot); % 导频的子载波数 N_data = N_used - N_pilot; % 导频的子载波数 Idx_data = zeros(1,N_data); N_tran_sym = 2; % 得到数据子载波的编号 m = 1; n = 1; for k = 1:length(Idx_used) if Idx_used(k) ~= Idx_pilot(m); Idx_data(n) = Idx_used(k); n = n + 1; else if m ~= N_pilot m = m + 1; end end end % 为编程使用方便,调整子载波编号为从1开始,到子载波总数 Idx_used = Idx_used + N_subc/2 +1; Idx_pilot = Idx_pilot + N_subc/2 +1; Idx_data = Idx_data + N_subc/2 +1; % 导频位置值 PilotValue = ones(N_pilot,1); % OFDM循环前缀占有效FFT时间的比例 PrefixRatio = 1/4; T_sym = T_sample*( (1 + PrefixRatio)*N_subc ); Es = 1; % 在16QAM, 64QAM调制方式下,符号能量都被归一化 Eb = Es/Modulation; % 每比特能量 % 假设每个用户的RS码参数相同,均为(204,188,8) UserRS_Coding = repmat([255,239,8]',1,N_user); TraceBackLen = 3; % 卷积码译码参数 % 假设每个用户的卷积码trellis 结构体相同 UserTrellis = repmat( poly2trellis(3,[6 7]),1,N_user ); N_ant_pair = N_Tx_ant * N_Rx_ant; % 收发天线对的数目 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 2.2 信道参数定义单元, 每个用户移动台参数不同 for u = 1:N_user % 车辆运动速度, 单位:km/hr , 对应多普勒频移!! speed = 0; ch{u} = struct('Speed', speed); % 多普勒频移, 单位: Hz ch{u}.fd = ch{u}.Speed *(1e3/3.6e3)*fc/3e8; % 假定用户的信道功率时延谱不同 % 每个用户信道每条径的功率 ch{u}.Power = 10.^([ 0 -6 -12 -18 -24 -30 ]'./10); ch{u}.Power = ch{u}.Power/ sum(ch{u}.Power); % 功率归一化 % 每个用户每条径的时延:ns ch{u}.Delay = [ 0 1400 2800 4200 5600 7000 ]'; % 最大多径时延 7us 室外信道 %ch{u}.Delay = [ 0 1000 2000 3000 4000 5000 ]'; % 最大多径时延 5us 室外信道 %ch{u}.Delay = [ 0 100 200 300 400 500 ]'; % 最大多径时延 500ns 室内信道参数 % 每个用户每条径对应的样点数 ch{u}.Delay_sample = round(ch{u}.Delay * 1e-9 * fs); ch{u}.N_path = size(ch{u}.Power,1); % 径数 % 每个用户,各条径对应的莱斯衰落K因子 % ch{u}.Ricean_K = zeros(N_path,1) ; end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 2.3 OFDMA收发机算法选择和参数定义单元 % 1） 信道估计： 单天线信道估计方法 % 1 - 基本LS算法; 2 - LS的DFT改进算法; 3 - 加判决反馈的LS-DFT % 4 - 基本MMSE算法; 5 - MMSE的DFT改进算法; 6 - 加判决反馈的MMSE-DFT % 7 - 使用SVD分解算法,8 - Robust算法 CE_Method = 1 ; % 使用LS或MMSE的DFT改进算法时,所保留的子载波数 CE_SubcRemain = max(ch{u}.Delay_sample); % 最大多径时延对应的样点数 % 多天线信道估计方法 CE_Method2 = 1; % 2） 自适应调制： ,当TurnOn.AdptMod == 1时, % 1--自适应调制方法1, 给功率增加最小的子载波分配比特和功率, 子载波分配由AllocMethod确定 % 2--自适应调制方法2, 给误比特性能降低最小的子载波分配比特和增加功率, 子载波分配由AllocMethod确定